5 حلول موصى بها لمراقبة درجة حرارة المحولات المغمورة بالزيت

1 - مقياس حرارة ميكانيكي لمستوى الزيت/مقياس حرارة اللف (OTI/WTI)

موازين الحرارة الميكانيكية هي أجهزة المراقبة الأكثر استخدامًا في تاريخ المحولات المغمورة بالزيت وعادة ما تكون موجودة كمعدات قياسية من المصنع. ولا يعتمد مبدأ تشغيلها على الإلكترونيات، ولكنها تعتمد على التمدد والانكماش الحراري الفيزيائي.

المبادئ والقيود التقنية

يقوم مقياس حرارة مستوى الزيت (OTI) بتحريك المؤشر عن طريق تمدد السائل في العبوة الحساسة لدرجة الحرارة. مقياس حرارة اللف (WTI) هو في الواقع “محاكي حراري”. وهو يستند إلى OTI ويأخذ تيار الحمل من محول تيار (CT)، والذي يحرك مقاوم تسخين داخل الجهاز. إن درجة الحرارة التي يعرضها المقياس ليست درجة حرارة اللف المقاسة مباشرة، ولكنها قيمة محسوبة “درجة حرارة الزيت العلوية + ارتفاع درجة الحرارة المحاكاة”.

لماذا يمتد هذا النهج في الشبكة الحديثة؟ هذا لأنه مصمم بناءً على نموذج حراري مثالي. عندما يحدث انسداد في دائرة الزيت أو ضعف تبديد الحرارة المحلية بسبب تراكم الغبار في المبرد داخل المحول، سيفشل نموذج المحاكاة الحرارية، وقد تخفي القيم العادية التي يعرضها المقياس العداد خطأ السخونة الداخلية الحقيقية.

2- المراقبة الإلكترونية Pt100 البلاتينية RTD البلاتينية

مع شيوع أنظمة SCADA التي تتطلب نقل تناظري إلى الواجهة الخلفية، بدأ استخدام مستشعرات Pt100 على نطاق واسع. باستخدام خاصية التغير الخطي لمقاومة معدن البلاتين تحت تغير درجة الحرارة، يتم تحويل درجة الحرارة إلى إشارة كهربائية.

التحديات في البيئة الكهرومغناطيسية

على الرغم من الدقة العالية لجهاز Pt100، إلا أنه في بيئة الترددات الكهرومغناطيسية العالية لمحول مغمور بالزيت، يصبح المستشعر ذو الموصل المعدني هوائي استقبال للإشارات المتداخلة. على الرغم من استخدام الأسلاك المحمية، يمكن أن تتسبب المجالات المغناطيسية القوية في قفز الإشارة. وهناك مشكلة أكثر خطورة تتمثل في العزل، حيث إن وضع مسبار معدني في عمق لفائف الجهد العالي التي تبلغ عدة مئات من الكيلوفولت يتطلب مستوى عالٍ للغاية من المعالجة العازلة، وأي خلل في العزل يمكن أن يؤدي إلى حادث انهيار، لذلك لا يمكن عادةً تركيب Pt100 إلا في المناطق منخفضة الجهد أو على جدار خزان الزيت.

3 - التصوير الحراري بالأشعة تحت الحمراء

تستخدم تقنية الأشعة تحت الحمراء قانون ستيفان بولتزمان لالتقاط توزيع الأشعة تحت الحمراء على سطح جسم ما. ويتم تصنيفها إلى دورية محمولة باليد ومراقبة النوافذ عبر الإنترنت.

الفجوة بين السطح والداخل

تبلغ درجة حرارة غلاف المحول 50 درجة مئوية فقط، فهل يمكن أن تصل درجة حرارة اللفات الداخلية إلى 90 درجة مئوية؟ الإجابة هي نعم. أكبر عيب في تقنية الأشعة تحت الحمراء هو أنها لا تستطيع اختراق المعدن. تحتوي المحولات المغمورة بالزيت على خزانات معدنية مغلقة بالكامل تحجب الإشعاع الداخلي تمامًا. لا يمكن استخدام كاميرا الأشعة تحت الحمراء إلا للكشف عن وصلات الغلاف المفكوكة أو انسداد المشتت الحراري أو ارتفاع درجة حرارة التيار الدوامي للخزان وغيرها من العيوب الخارجية، أما بالنسبة لقرار عمر المحول لمؤشرات القلب - “درجة حرارة البقعة الساخنة المتعرجة”، فلا يمكن لتقنية الأشعة تحت الحمراء المساعدة.

4 - الموجات الصوتية السطحية السلبية اللاسلكية (SAW)

تحاول تقنية SAW حل مشكلة عزل الجهد العالي. جهاز الاستشعار غير فعال وينقل بيانات درجة الحرارة عن طريق توليد صدى من إشارة التردد اللاسلكي الواردة من القارئ.

مشكلة في تأثير قفص فاراداي

إن خزان زيت المحولات عبارة عن قفص فاراداي مثالي، والذي له تأثير تدريع قوي للغاية على إشارات التردد اللاسلكي. على الرغم من أنه يمكن حل هذه المشكلة بإضافة هوائي داخل الخزان، إلا أن الهيكل المعقد للقلب والمشبك داخل المحول ووسط زيت المحول سينتج عنه تأثيرات متعددة المسارات وتوهين إشارات الموجات الدقيقة. وبالإضافة إلى ذلك، قد يغطي طيف الموجات الكهرومغناطيسية الناتجة عن التفريغ الجزئي داخل المحول نطاق تردد التشغيل للموجات اللاسلكية SAW، مما يؤدي إلى انخفاض حاد في نسبة الإشارة إلى الضوضاء وفقدان خطير لحزمة البيانات.

5 - نظام قياس درجة الحرارة بالألياف البصرية الفلورية (موصى به)

إن تقنية قياس درجة حرارة الألياف البصرية الفلورية قادرة حاليًا على اختراق قلب المحول المغمور بالزيت بأمان لتحقيق “القياس المباشر للنقاط الساخنة للملف المتعرج”. وتعتمد هذه التقنية على مبدأ الحياة اللاحقة للمواد الفلورية الأرضية النادرة التي تعمل بالمادة الفلورية النادرة، ولا علاقة لها بكثافة الضوء، بل بدرجة الحرارة فقط.

كيف يمكن الحفاظ على استقرار المراقبة لمدة 30 عامًا في ظل بيئة قاسية من الضغط العالي والمجال المغناطيسي القوي والتآكل الكيميائي؟

• عزل آمن جوهرياً: الألياف الضوئية مصنوعة من الكوارتز (SiO2)، وهو عازل جوهريًا ويتمتع بمقاومة ممتازة للتسلل. ويمكن تضمينها مباشرةً بين لفات الجهد العالي لمحولات 110 كيلو فولت أو حتى 500 كيلو فولت دون الخوف من انهيار العزل.
• المناعة الكهرومغناطيسية: لا يتأثر إرسال الإشارات الضوئية بأي تداخل كهرومغناطيسي (EMI/RFI) وتكون بيانات درجة الحرارة مستقرة وموثوقة دائمًا، بغض النظر عما إذا كان المحول يتعرض لصدمات الدائرة القصيرة أو الجهد الزائد الناتج عن الصواعق.
• مقاومة للتآكل الزيتي: إن مسبار الألياف البصرية المزود بغلاف خاص من التفلون (PTFE) أو PEEK مقاوم للغمر طويل الأجل في زيت المحولات، ولا يتقادم ولا يلوث الزيت، وهو مصمم ليكون عمره الافتراضي متزامنًا مع عمر جسم المحول.
• خالية من المعايرة: عمر التألق هو خاصية فيزيائية للمادة التي لا تنحرف بمرور الوقت، ولا تتطلب إعادة معايرة مدى الحياة والحد الأدنى من الصيانة.

المقارنة المتعمقة للمعايير الفنية لبرامج الرصد الخمسة

هل من الممكن تحديد سلامة المحول بالاعتماد على درجة حرارة الزيت العلوية فقط؟

من الواضح لا. وفقًا للمعيار IEC 60076-7، يتم تحديد معدل تقادم المحول بشكل أساسي من خلال درجة حرارة النقطة الأكثر سخونة في اللف. هناك فرق في درجة الحرارة بين درجة حرارة الزيت العلوية والنقطة الساخنة للملف، ويختلف هذا الفرق في درجة الحرارة بشكل غير خطي مع الحمل. إن مراقبة درجة حرارة الزيت فقط مثل الطبيب الذي يقيس درجة حرارة الجسم دون النظر إلى الأشعة المقطعية، فمن السهل جدًا أن يفوتك تشخيص بؤر السخونة الزائدة الداخلية الموضعية.

لماذا تعتبر مراقبة “النقطة الساخنة” مفتاح تحسين سعة حمل المحولات؟

تعمل العديد من المحولات بسعتها الاسمية 60%-70% لفترات طويلة من الزمن، مما يؤدي إلى أصول ضخمة خاملة. هذا لأن موظفي التشغيل والصيانة لا يستطيعون فهم درجة الحرارة الداخلية الحقيقية بدقة، ولا يجرؤون على زيادة الحمل. إذا تم تركيب نظام قياس درجة حرارة الألياف الضوئية الفلورية الضوئية، والذي يمكنه رؤية بيانات النقطة الساخنة الحقيقية لـ 95 ℃ أو 105 ℃ في الوقت الفعلي، يمكن لموظفي التشغيل والصيانة تنفيذ زيادة ديناميكية في السعة بجرأة ضمن نطاق الأمان، والاستفادة من إمكانات المعدات وتحقيق فوائد اقتصادية مباشرة.

الأسئلة الشائعة (FAQ)